2014—2018年山西省空气质量综合评价研究

侯艳军 吴攀升 董琳琳

摘 要：通过构建空气质量的综合评价指标体系，借助综合评价模型，对山西省11个地级市2014—2018年的空气质量进行研究。结果表明：（1）研究期间，山西省空气质量指标权重O3浓度权重值最高，对空气质量优劣影响最大;PM10浓度权重最小，对空气质量优劣影响最小。（2）山西省空气质量的污染物年变化存在明显差异，SO2、CO、PM2.5、PM10年浓度呈下降趋势，SO2的年浓度下降幅度最大，PM10年浓度下降幅度最小;NO、O3年浓度呈上升趋势，O3浓度增幅较高，NO增幅较小。（3）山西省空气质量总体呈波动上升趋势，8个城市呈上升趋势，朔州市增幅最高，太原市增幅最小;3个城市呈下降趋势，临汾市下降幅度最大。2014—2018年山西省空气质量综合水平属于中等水平，大同市空气质量综合水平属于较高水平，其他10个城市属于中等水平，空气质量水平在空间分布上总体表现为“自北向南递减”的特征。

关键词：空气质量;污染物浓度;综合评价;山西

中图分类号 X823 文献标识码 A文章编号 1007-7731（2021）09-0144-03

山西是典型的高耗能、高污染的资源型产业结构省份，大气环境污染严重，一方面使人民生活质量下降，另一方面，环境承载力下降到一定程度必将制约经济发展[1]。通过经济结构调整，山西经济在持续高速发展的同时，环境质量恶化趋势也得到初步遏制[2]。但按《环境空气质量指数（AQI）技术规定（试行）（HJ633—2012）》评价，2015年11个地级城市PM2.5、PM10超标率仍较高，环境空气达标天数平均在71.42%[3]。山西省部分城市深受大气污染困扰，雾霾天气持续性、大面积出现，空气污染物爆表[4]，空气污染严重威胁着山西省社会经济可持续发展，因此，有必要对山西省空气质量进行综合评价研究。笔者通过构建山西省空气质量综合评价指标体系，借助综合评价模型，对山西省11个地级市2014—2018年污染物、空气质量进行研究，以期揭示山西省空气质量综合水平，为实施新型城镇化战略、推进山西省转型综改、促进社会经济可持续发展提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况 山西省位于华北平原以西，黄河以东（110°14′～114°33′E、34°34′～40°44′N），总面积15.67×104km2，境内有11个地级市，共设23个市辖区。地形相对复杂，多山，东西两侧为山丘，中部为盆地，平原分布在其中，体现了“两山夹一川”的地貌特征，地势总体为东北高西南低。地处内陆，大陆性气候比较显著，气候南北差异大。

1.2 数据来源 山西省空气污染物PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3浓度指标来源于中国空气质量在线监测分析平台发布的日值数据，时间为2014年1月1日至2018年12月31，数据缺失量为0。

1.3 研究方法

1.3.1 评价指标体系建立 各市城区的监测站点每天都会对主要空气污染物的气体浓度值进行实时监测。监测对象为PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3共6个空气质量指标，然后再對数据进行分类统计。根据发布的各评价指标的日均值推算出污染物的年均浓度值，以此为依据来评价空气质量的优劣程度。年均浓度数值越大，则空气质量越差，为逆指标。

1.3.2 权重确定 为了降低多种赋权法所带来的差异性，提高权重分配的合理性，本研究选择了熵值法[7]和变异系数法[7]确定各指标的权重，然后通过计算权重的均值得到综合权重。

1.3.3 综合评价法 根据指标的权重和标准化数据，依次进行线性加权，所得的综合指数能够反映出各城区空气质量的综合发展水平[7]。

式中：[f（x）]表示空气质量综合指数，[aj]为空气质量单个指标的权重值，[xj]是经过标准化后的数据。为消除量纲影响，采用极差标准化法对数据进行无量纲化处理，以指标标准化值作为单因子评价值。

2 结果与分析

2.1 不同空气质量指标的权重 由表1可知，空气质量指标权重排序为O3（0.253）>SO2（0.235）>NO2（0.158）>PM2.5（0.144）>CO（0.111）>PM10（0.099），O3浓度权重值最高，SO2浓度权重值次之，PM10浓度权重值最低，CO浓度权重值次之，表明O3浓度和SO2浓度对空气质量优劣影响较大，是空气污染的主要指标，PM10浓度和CO浓度对空气质量优劣影响较小。

2.2 污染物的时间变化特征 由图1可知，2014—2018年山西省污染物浓度年变化存在明显差异。SO2、CO浓度从2014年63μg/m3和1840μg/m3，下降到2018年的32μg/m3和1246μg/m3，降幅为50.15%和32.29%，下降幅度较大;PM2.5、PM10浓度从2014年61μg/m3和112μg/m3，下降到2018年的54μg/m3和111μg/m3，降幅为11.19%和0.99%，下降幅度较小，尤其是PM10浓度变化幅度只有0.99%;NO、O3浓度从2014年33μg/m3和48μg/m3，升高到2018年的37μg/m3和69μg/m3，增幅为10.26%和45.11%，O3浓度增幅较高，NO增幅较小。

2.3 空气质量的时空变化特征 由图2可知，2014—2018年山西省空气质量综合水平年变化存在明显差异。2014—2018年山西省空气质量综合指数分别为0.55、0.59、0.52、0.46、0.60，总体呈波动上升趋势，增幅为9.09%。山西省11个地市的空气质量综合指数有8个城市呈上升趋势，其中朔州市呈上升趋势，增幅为53.33%，其他7个城市呈波动上升趋势，增长幅度排序为朔州市（53.33%）>阳泉市（42.50%）>吕梁市（16.07%）>忻州市（12.73%）>大同市（9.72%）>运城市（9.43%）>长治市（8.62%）>太原市（5.56%）。山西省空气质量综合指数有3个城市呈下降趋势，下降幅度排序为临汾市（31.67%）>晋城市（6.90%%）>晋中市（3.33%）。

为区分山西省空气质量的差异，利用5分法[8]将各市的空气质量分为5个类型，由高到低依次为高（0.81～1.00）、较高（0.61～0.80）、中（0.41～0.60）、较低（0.21～0.40）、低（0.00～0.20）。2014—2018年山西省空气质量综合水平均值为0.55，属于中等水平。山西省11个地市的空气质量综合水平均值排序为大同市（0.75）>吕梁市（0.58）>忻州市（0.57）>朔州市（0.55）>太原市（0.53）=晋城市（0.53）=晋中市（0.53）>运城市（0.52）>长治市（0.51）>阳泉市（0.48）>临汾市（0.47）。大同市空气质量综合水平属于较高水平，其他10个城市属于中等水平，空气质量水平在空间分布上总体表现为“自北向南递减”的特征。

3 结论与讨论

3.1 结论 研究结果表明：（1）2014—2018年山西省空气质量指标权重O3浓度权重值最高，对空气质量优劣影响最大;PM10浓度权重最小，对空气质量优劣影响最小。（2）山西省空气质量的污染物年变化存在明显差异，SO2、CO、PM2.5、PM10年浓度呈下降趋势，SO2的年浓度下降幅度最大，PM10年浓度下降幅度最小;NO、O3年浓度呈上升趋势，O3浓度增幅较高，NO增幅较小。（3）山西省空气质量总体呈波动上升趋势，8个城市呈上升趋势，朔州市增幅最高，太原市增幅最小;3个城市呈下降趋势，临汾市下降幅度最大。2014—2018年山西省空气质量综合水平属于中等水平，大同市空气质量综合水平属于较高水平，其他10个城市属于中等水平，空气质量水平在空间分布上总体表现为“自北向南递减”的特征。

3.2 讨论 推动黄河流域生态保护和高质量发展是国家重大战略，各级政府高度重视空气质量治理。山西省位于黄河中游，是黄河流域重要的组成部分，但空气质量的污染是当前山西省多數城市普遍存在的问题。受空气质量监测站点的空间限制，本次研究范围只涉及到城区，未能覆盖到县域，同时由于山西省空气质量的监测数据公布自2013年10月开始，研究年份只能选择2014—2018年，长序列的时间特征未能进行研究，因此今后应不断扩展研究的空间和时间尺度，同时深化空气质量指标体系。

参考文献

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[2]李玺.山西省城镇化与空气环境质量协调关系研究[D].太原：山西财经大学，2020.

[3]赵衍君，韩朴，吴林，等.大气污染物及AQI时空特征分析——以山西省2015年上半年为例[J].环境保护科学，2016，42（3）：94-102.

[4]肖悦，田永中，许文轩，等.近10年中国空气质量时空分布特征[J].生态环境学报，2017，26（2）：243-252.

[5]黄志刚，黎洁.乡村旅游征地对失地农户福祉的影响——基于PSM模型的检验[J].资源科学，2021，43（1）：171-184.

[6]陈红光，李晓宁，李晨洋.基于变异系数熵权法的水资源系统恢复力评价——以黑龙江省2007—2016年水资源情况为例[J].生态经济，2021，37（1）：179-184.

[7]唐宏，杨德刚，乔旭宁，等.天山北坡区域发展与生态环境协调度评价[J].地理科学进展，2009，28（5）：805-813.

[8]夏富强，唐宏，杨德刚，等.干旱区典型绿洲城市发展与水资源潜力协调度分析[J].生态学报，2013，33（18）：5883-5892.

（责编：徐世红）